FR2891170A1 - Procede facilitant l'usinage d'une piece en particulier de turbomachine - Google Patents
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Abstract
Procédé facilitant l'usinage d'un orifice (22) d'une pièce (26), en particulier d'une pièce lourde de turbomachine, ce procédé consistant à usiner la surface interne (28) d'une bague cylindrique (20) et à fixer, par exemple par frettage, cette bague (20) dans l'orifice (22) de la pièce (26).
Description
Procédé facilitant l'usinage d'une pièce en particulier de
turbomachine La présente invention concerne un procédé facilitant l'usinage d'une pièce, en particulier d'une pièce lourde et/ou complexe de turbomachine telle que notamment un carter.
On est dans la pratique amené à réaliser des usinages plus ou moins délicats dans les surfaces internes d'orifices de pièces lourdes, encombrantes et/ou complexes, ce qui pose de nombreux problèmes.
Ces usinages doivent être réalisés avec un très grand soin, pour éviter toute dégradation ou détérioration de la pièce, souvent en amenant les outils nécessaires aux endroits où les usinages doivent être réalisés sur la pièce, alors qu'il est en général plus simple, plus précis et plus fiable de positionner les pièces à usiner sur une machine-outil, lorsque les dimensions et l'encombrement des pièces le permettent.
Il faut aussi prévoir une ou plusieurs possibilités de réparation ou de réfection de ces usinages et l'on est alors amené à former un excédent de matière dans la zone de réalisation de l'usinage.
Lorsque l'usinage en question comprend la réalisation d'un filetage particulier (par exemple avec un pas inversé) dans les surfaces internes d'une série d'orifices d'un carter de turbomachine, chaque orifice est formé dans un bossage surdimensionné de façon à ce que l'on puisse, en cas de détérioration du filetage, supprimer le filetage existant et en refaire un de plus grand diamètre, et cela deux ou trois fois successivement sur la durée de vie du carter. Ce surdimensionnement se traduit par une augmentation de poids, toujours préjudiciable en aéronautique.
L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème.
Elle propose à cet effet un procédé facilitant l'usinage de la surface interne d'un orifice d'une pièce, en particulier d'une turbomachine, caractérisé en ce qu'il consiste à usiner la surface interne d'une bague 2891170 2 cylindrique et à fixer cette bague dans l'orifice de la pièce.
Le procédé selon l'invention permet de réaliser les usinages voulus sur une machine-outil et non directement dans l'orifice de la pièce et supprime donc les risques de dégradation ou de détérioration de la pièce.
L'usinage de la surface interne d'une bague cylindrique est beaucoup plus simple et plus facile que l'usinage de la surface interne d'un orifice d'une pièce de turbomachine notamment lorsque cette pièce est lourde et complexe et qu'elle ne peut être positionnée sur une machine-outil.
Préférentiellement, la bague est fixée par frettage dans l'orifice de la pièce.
Pour cela, la bague a, à température ambiante, un diamètre externe supérieur au diamètre interne de l'orifice de la pièce. Le frettage de la bague dans l'orifice de la pièce est réalisé par refroidissement de la bague, par exemple par trempage dans l'azote liquide, et/ou par chauffage de la partie de la pièce entourant l'orifice, puis par engagement de la bague dans l'orifice de la pièce. Lorsque la bague et/ou la pièce sont revenues à la température ambiante, la bague est maintenue serrée dans l'orifice de la pièce.
L'usinage de la surface interne de la bague peut comprendre la réalisation de tout type d'usinage et par exemple d'un filetage, d'une surface conique ou biconique, de cannelures, etc. Le procédé selon l'invention peut également consister à former un évidement dans une partie de la pièce située à proximité de l'orifice, cet évidement étant destiné à coopérer avec la bague pour son immobilisation en rotation dans l'orifice de la pièce.
La présente invention concerne également une bague cylindrique, caractérisée en ce qu'elle comprend une surface interne usinée et une surface externe lisse et est destinée à être fixée dans un orifice d'une pièce, en particulier d'une turbomachine.
Cette bague comprend avantageusement des moyens d'immobilisation en rotation dans l'orifice de la pièce. Cela évite que la bague puisse tourner dans l'orifice de la pièce en fonctionnement, et permet aussi l'application d'un couple de serrage à un élément vissé dans la bague (lorsque celle-ci comprend un filetage intérieur).
La bague est préférentiellement réalisée dans le même matériau que la pièce dans laquelle elle est destinée à être fixée afin que la bague et la pièce aient le même comportement thermique en fonctionnement. La bague et la pièce sont par exemple réalisées en titane.
En variante, la bague peut être réalisée dans un matériau qui a un coefficient de dilatation supérieur à celui du matériau de la pièce dans laquelle elle est destinée à être fixée.
L'invention concerne également une pièce de turbomachine, telle qu'un carter annulaire, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un orifice dans lequel est fixée une bague telle que décrite ci-dessus.
Typiquement, l'orifice ou chaque orifice est formé dans un bossage de la pièce.
Les bossages de la pièce n'ont plus besoin d'être surdimensionnés pour autoriser la réparation des usinages des orifices de la pièce, ce qui permet de réduire la masse de la pièce.
En cas de détérioration de l'usinage de la bague, celle-ci est simplement fendue et retirée de l'orifice de la pièce, et une bague neuve identique est fixée dans l'orifice de la pièce. Le remplacement de la bague n'entraîne pas d'opération d'usinage sur la pièce et est facile à mettre en oeuvre.
L'invention concerne enfin une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend une ou plusieurs pièces telles que décrites ci-dessus.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe axiale d'une pièce de turbomachine comprenant un orifice dont la surface interne a été usinée selon la technique antérieure, - la figure 2 est une vue schématique partielle en coupe axiale d'une pièce 5 de turbomachine comprenant un orifice dans lequel a été fixée une bague cylindrique selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est une vue de dessus de la bague cylindrique de la figure 2, - la figure 4 est une vue de dessous de l'orifice de la pièce de la figure 2, - la figure 5 est une vue schématique partielle en coupe axiale d'une variante de réalisation de la bague cylindrique selon l'invention, - la figure 6 est une vue schématique partielle en coupe axiale d'une autre variante de réalisation de la bague cylindrique selon l'invention.
La pièce 10 de la figure 1 comprend un orifice cylindrique 12 formé dans un bossage 14 de la pièce permettant de rigidifier la partie de la pièce entourant l'orifice 12, cet orifice 12 comprenant sur sa surface interne un filetage intérieur 16 pour le vissage d'un élément tel qu'une vis ou un boulon.
Lorsque la pièce 10 est un carter cylindrique externe d'une chambre de postcombustion d'un turboréacteur à double flux, l'orifice 12 de ce carter s'étend radialement par rapport à l'axe du carter et reçoit une extrémité d'une rampe d'alimentation en carburant autour de laquelle est engagé un écrou coopérant avec le filetage 16 de l'orifice pour la fixation de la rampe sur le carter, cette rampe étant destinée à alimenter en carburant un anneau-brûleur porté par des bras accroche- flammes.
Le filetage 16 de la surface interne de l'orifice 12 est en général à pas inversé ou à gauche et réalisé par l'intermédiaire d'outils spécifiques qui doivent être manipulés avec le plus grand soin pour éviter toute dégradation ou détérioration du carter 10.
Le bossage 14 a un diamètre par rapport à l'axe 18 de l'orifice qui est surdimensionné de façon à ce que l'on puisse, en cas de détérioration du filetage 16, supprimer ce filetage et en refaire un de plus grand diamètre dans le bossage, tout en conservant des propriétés mécaniques suffisantes de la partie de la pièce entourant l'orifice 12.
Dans l'exemple représenté, le bossage 14 est sensiblement cylindrique et a un diamètre externe D suffisamment important pour autoriser la suppression du filetage 16 de diamètre externe di et la réalisation d'un nouveau filetage 16' de diamètre externe d2, d2 étant inférieur à D et supérieur à di. Cette opération peut être renouvelée deux fois sur la durée de vie de la pièce 10 en réalisant successivement des filetages 16" et 16"' de diamètre externe d3 et d4, respectivement, d3 étant inférieur à D et supérieur à d2 et d4 étant inférieur à D et supérieur à d3.
Le carter 10 d'une chambre de postcombustion comprend neuf orifices 12 de fixation de rampes de carburant qui sont formés dans neuf bossages 14 de la pièce. Le surdimensionnement de ces bossage 14 entraîne une augmentation du poids du carter et une diminution des performances de la turbomachine.
L'invention a notamment pour but d'éviter les inconvénients précités et de faciliter l'usinage de la surface interne d'un orifice d'une pièce, grâce à une bague cylindrique qui comporte une surface interne usinée et qui est destinée à être fixée dans l'orifice de la pièce.
La bague cylindrique 20 représentée en figure 2 est engagée de manière coaxiale dans un orifice 22 formé dans un bossage 24 d'une pièce 26, la surface interne de cette bague 20 comportant un filetage intérieur 28 par exemple à pas inversé ou à gauche comme précédemment décrit.
Dans l'exemple représenté, la surface interne de la bague 20 a un diamètre di' correspondant à celui de la surface interne de l'orifice 12 de la pièce 10 de la figure 1, et le diamètre externe D' du bossage 24 est nettement plus faible que le diamètre D du bossage de la figure 1, ce qui se traduit pas un gain de masse.
Dans l'exemple précité d'un carter de chambre de postcombustion, l'optimisation du dimensionnement des bossages 24 permet de réduire de manière significative le poids du carter et donc d'améliorer les performances de la turbomachine.
La bague 20 comprend à une extrémité un rebord annulaire 30 s'étendant transversalement par rapport à l'axe 32 de la bague et destiné à être logé dans un chambrage 34 de la pièce, formé à une extrémité axiale du bossage, lorsque la bague 20 est montée dans l'orifice 22 de la pièce.
Ce rebord 30 comprend des moyens destinés à coopérer avec des moyens du chambrage 34 de la pièce pour assurer l'immobilisation en rotation de la bague 20 dans l'orifice 22 de la pièce.
Dans l'exemple représenté aux figures 3 et 4, ces moyens comprennent un ergot ou une patte 36 sensiblement rectangulaire formée par un prolongement transversal du rebord annulaire 30 de la bague, la forme du chambrage 34 étant complémentaire de celle du rebord 30 de la bague et de cette patte 36 pour empêcher la rotation de la bague 20 dans l'orifice 22 lorsque le rebord et la patte sont logés dans le chambrage de la pièce. En variante, tout autre moyen d'immobilisation en rotation peut être utilisé.
La bague 20 est destinée à être fixée dans l'orifice 22 de la pièce par soudage, brasage, rivetage, ou sertissage et de préférence par frettage pour éviter d'effectuer des opérations mécaniques sur la pièce 26.
Dans le cas où la bague est frettée dans l'orifice 22 de la pièce, la surface externe 46 de la bague est lisse et a, à température ambiante, un diamètre externe 41 légèrement supérieur au diamètre interne (1)2 de l'orifice 22 de la pièce.
Le frettage de la bague 20 dans l'orifice 22 de la pièce consiste à refroidir la bague 20 pour la rétracter, par exemple par trempage dans l'azote liquide (-196 C), et à chauffer au moins la partie de la pièce entourant l'orifice 22 pour que sa matière se dilate, afin que le diamètre externe 41' de la bague 20 devienne légèrement inférieur au diamètre interne (1)2' de l'orifice 22 de la pièce et que la bague 20 puisse être engagée dans cet orifice.
Le frettage de la bague 20 dans l'orifice 22 de la pièce est terminé lorsque la bague 20 et la pièce sont revenues à température ambiante, la bague étant alors serrée dans l'orifice de la pièce.
En variante, le procédé peut consister à seulement refroidir la bague 20 ou à seulement chauffer la partie de la pièce entourant l'orifice 22, puis à engager la bague dans l'orifice.
La bague 20 est de préférence réalisée dans le même matériau que la pièce 10 sur laquelle elle est destinée à être frettée afin que la bague et la pièce aient le même comportement thermique en fonctionnement.
La bague et la pièce peuvent être réalisée en nickel ou en titane ou en alliage à base de nickel ou de titane.
Dans un exemple de réalisation, la bague est en titane et a, à température ambiante, une hauteur et une épaisseur radiale de quelques millimètres, et un diamètre externe de 35,05mm, et elle est destinée à être fixée par frettage dans un orifice d'une pièce en titane dont le diamètre est de 35mm à température ambiante.
La bague peut également être réalisée dans un matériau différent, ayant un coefficient de dilatation supérieur à celui du matériau de la pièce dans laquelle elle est destinée à être fixée.
En cas de détérioration de l'usinage de la bague 20, celle-ci est fendue au moyen d'un outil approprié puis est retirée de l'orifice 22 de la pièce afin qu'une nouvelle bague identique puisse y être frettée. La pièce 10 ne subit donc aucune opération mécanique ce qui évite de la détériorer.
Dans la variante de réalisation de la figure 5, la surface interne de la bague 20 est biconique et comprend deux surfaces coniques 38, 40 coaxiales débouchant chacune à une extrémité de la bague 20 en étant évasée vers l'extérieur, ces surfaces 38,40 étant reliées l'une à l'autre par une surface cylindrique 42 coaxiale.
Ce type de bague peut par exemple servir au montage d'un écrou autofreinant, cet écrou comprenant une jupe cylindrique destinée à être engagée et sertie dans l'orifice de la bague 10.
La bague cylindrique 20 de la figure 6 comprend des cannelures axiales 44 formées dans sa surface interne et régulièrement réparties autour de l'axe 32 de la bague. Elles sont au nombre de 4 dans l'exemple représenté.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été décrits en référence aux figures 2 à 6, la surface interne de la bague pouvant comprendre d'autres types d'usinage tels que des rainures axiales, annulaires ou hélicoïdales, des trous borgnes transversaux, etc.
Claims (18)
1. Procédé facilitant l'usinage de la surface interne d'un orifice d'une pièce (26), en particulier d'une turbomachine, caractérisé en ce qu'il consiste à usiner la surface interne d'une bague cylindrique (20) et à fixer cette bague dans l'orifice (22) de la pièce.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bague est fixée par frettage dans l'orifice (22) de la pièce.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'à température ambiante, la bague (20) a un diamètre externe supérieur au diamètre interne de l'orifice (22) et en ce qu'il consiste à refroidir la bague (20) et/ou à chauffer au moins la partie de la pièce (26) entourant l'orifice, puis à insérer la bague (20) dans l'orifice (22) de la pièce et à laisser la bague et/ou la pièce revenir à la température ambiante.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la bague (20) est refroidie par trempage dans l'azote liquide.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'usinage de la surface interne de la bague (20) comprend la réalisation d'un filetage (28).
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le filetage (28) réalisé dans la surface interne de la bague (20) est un filetage à pas à gauche.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'usinage de la bague (20) comprend la réalisation d'une surface conique 25 (38) ou biconique (38, 40).
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'usinage de la bague (20) comprend la réalisation de cannelures (44).
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il consiste à former un évidement (34) dans une partie de la pièce (26) située à proximité de l'orifice (22), cet évidement étant destiné à coopérer avec la bague (20) pour son immobilisation en rotation dans l'orifice (22) de la pièce.
10. Bague cylindrique, caractérisée en ce qu'elle comprend une surface interne usinée et une surface externe (46) lisse et est destinée à être fixée dans un orifice (22) d'une pièce (26), en particulier d'une turbomachine.
11. Bague cylindrique selon la revendication 10, caractérisée en ce que, à température ambiante, sa surface externe (46) a un diamètre supérieur au diamètre interne de l'orifice (22) de la pièce (26).
12. Bague selon la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (34) d'immobilisation en rotation dans l'orifice (22) de la pièce (26).
13. Bague selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisée en ce qu'elle est réalisée dans le même matériau que celui de la pièce (26) dans laquelle elle est destinée à être fixée.
14. Bague selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisée en ce qu'elle est réalisée dans un matériau qui a un coefficient de dilatation supérieur à celui du matériau de la pièce (26) dans laquelle elle est destinée à être fixée.
15. Bague selon la revendication 13 ou 14, caractérisée en ce qu'elle est réalisée en nickel ou en titane ou en alliage à base de nickel ou de titane.
16. Pièce de turbomachine, telle qu'un carter annulaire, caractérisé en ce qu'elle comprend au moins un orifice (22) dans lequel est fixée une bague cylindrique (20) selon l'une des revendications 10 à 15.
17. Pièce selon la revendication 16, caractérisée en ce que l'orifice (22) ou chaque orifice est formé dans un bossage (24) de la pièce (26).
18. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend une ou plusieurs pièces (26) selon la revendication 16 ou 17.
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| FR2891170B1 (fr) | 2009-02-13 |
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